1、初中物理实验,有关光学的实验,本讲座的光学实验均以几何光学为理论基础,几何光学的三个基本定律: 光的直线传播定律 光的反射定律 光的折射定律,掌握基本概念 熟悉应用方法,光的直线传播,光的直线传播的一个例证: 针孔照相机,小孔成像的特点是:小孔成像是光直线传播所形成的有趣现象。小孔所成的像是实际光束形成,可以使照相底片感光。小孔成像时,像的形状与物相似,与孔的形状无关。小孔减小时,像变得清晰,但亮度减小。,有关小孔成像的下列说法中,正确的是: A. 将照相底片放在光屏处可以拍摄到像. B. 所成的像上下颠倒,左右也颠倒. C. 只能是放大的实像. D. 像的清晰度跟小孔的大小无关. E. 成像
2、用的小孔必须是圆形的.,答案: A,B,摘自:2006年上海市 “东格致杯”青少年物理实验竞赛试题,光的直线传播的一个实验: 小孔成像,光的直线传播的另一个例证:日食与月食 从光源发出的光,照射到不透明的物体上时,会在物体后面形成一个光线照射不到的黑暗区域,这就是物体的 “影”,障碍物受扩展光源照射时,在屏上形成本影和半影.,扩展光源,障碍物,本影,半影,光的直线传播的另一个例证:日食,日全食,日偏食,光的直线传播的另一个例证:日食,这张拼版照片显示的是2006.3.29日发生在耶路撒冷的不同阶段的日偏食。,光的直线传播的另一个例证:日食,2006.3.29 埃及,图6是月球的影区分布,当人随
3、地球运动到_区时会看到日全食,运动到_区时会看到日偏食,运动到C区时会看到_。,摘自:第六届全国初中应用物理知识竞赛试题,运动到C区时会看到日环食。,这是2005年10月3日西班牙首都马德里拍摄到的日环食现象,由于月球视半径小于太阳视半径,因此月亮只遮挡住日面中心部分并在其周围留下一个美丽的光环。,地,也是在2005年10月3日,在肯尼亚首都内罗毕,当日偏食发生时,利用小孔成像的原理,在纸上扎出一圈小孔,一圈日食的影像就可以反映在手上。,当月球整个都进入本影时,就会发生月全食;但如果只是一部份进入本影时,则只会发生月偏食。月全食和月偏食都是本影月食。有时月球只进入半影,这就称为半影月食。在半影
4、月食发生期间,月亮将略为转暗,但它边缘并不会被地球的影子所阻挡。,光的直线传播的另一个例证:月食,月全食,月偏食,光直线传播的条件,光在同一种均匀媒质中沿直线方向传播。,光经过不同种媒质,不再是直线传播。,光在两种媒质的界面上发生反射与折射。,光在不均匀媒质中不再是直线传播。,海市蜃楼,光的反射,反射定律:反射角等于入射角。,入射角,反射角,入射光线,反射光线,平面镜成像特点,物体在平面镜里成的是正立的虚像,像和物体大小相等,像和物体以镜面为对称。,利用作图法求平面镜成像的位置,S,o,S,利用作图法求入射光线与反射光线的路径,S,S,平面镜前有一个物,眼睛能不能看到其虚像?,A,B,平面镜前
5、有一个物,眼睛能不能看到其虚像?,C,平面镜前有一个物,眼睛能不能看到其虚像?,画出通过该平面镜所能看到物的范围。,地面有一不透明物体,眼睛在0点,通过天花板上的平面镜,人眼能看到的右侧地面最大的范围。,0,如图所示,水平地面上有一不透光的边长为x的正方体物块。在正方体正左方有一点光源S,点光源和正方体物块的距离也为x。若在点光源S的上方距离为H处水平放置平面镜,H大小固定不变,平面镜足够大。不考虑其他光源的存在,那么在正方体的另一侧水平面上,将会由于点光源S发出的光线经平面镜反射而照亮,现改变x的大小,当x增大到多大时,照亮区域将消失?,现改变x的大小,当x增大到多大时,照亮区域将消失?,x
6、,H,x,当x增大到2/3H时,照亮区域将消失。,摘自:二十一届初中物理竞赛(大同杯) 07.3,H,光线沿SO方向投射到一片和它垂直的平面镜上,一定逆着SO方向反射回来。若平面镜转动角,则光线沿OA方向反射。SOA=2 。,平面镜的反射,微小长度变化的测量 -光杠杆工作原理,微小长度变化的测量 -光杠杆工作原理,微小长度变化的测量 -光杠杆工作原理,1.弧度的概念,A,B,例如:,2.三角函数中的近似: 当很小时,tg=,sin=,平面镜的反射,潜望镜,多面平面镜的反射,根据光的反射定律,可以证明光线经过夹角为90的两个平面镜的反射后,出射的光线与入射的光线之间的夹角为180。即出射光线与入
7、射光线平行但方向相反。,角反射器,把三面平面镜相互垂直地组装在一起,就像箱子的一个角那样,这个装置称之为角反射器。1969年7月,阿波罗11号的宇宙航行员第一次登上了月球,在上边放置了一台重30千克的“角反射器列阵”,它由100个石英制的角反射器组成,排列成10行,每行10个。角反射器刚放好,各国立即向它发射激光。宇航员还没有离开月球,科学家就捕获到了反射光。根据激光来回的时间和光速,就可以测得月亮与地球的距离。目前测月的误差已经减少到15厘米了。,图4-2-4,月地之间的距离为 353,911,215米。,角反射器,武汉大学测绘学院科考队员2006年在南极安装了12个卫星地面角反射器。一般情
8、况下,科研人员获得的卫星影像,虽然有地形、地貌影像,但没有地面精确位置的信息。安装卫星角反射器时,其精确地面位置可测出。这些角反射器反射的信号,出现在卫星影像图上后,科研人员据此可对影像的误差进行纠正,从而得到精确的地形图。,图4-2-4,多面平面镜的成像特点,两块90放置的平面镜,能成多少个像?,多面平面镜的成像特点,多面平面镜的成像特点,思考题: 当=60 时,可得几个像?,多面平面镜的成像特点,摘自:二十一届初中物理竞赛(大同杯) 07.3,推广至一般:两个平面镜相互之间夹角为,平面镜所成像的数目为n-1个,n由下式求得:(360/ )=n+x, x为小于1的数 当=90 时,可得3个像
9、。,将两面镜子竖立在桌面上,用这两面镜子来照一下自己。你会看到:两面镜子各照出你半个面孔,两面镜子的中线恰好在整个面孔的中间,再用右手摸一下右耳,啊!真奇怪,在镜子里你竟看到自己正在摸左耳呢!,多面平面镜的成像特点,偶镜,多面平面镜的成像特点,当我们面对一面镜子举起右手时,我们会看到镜子里的“人自己”举起了左手现有两块平面镜请你设计一个方案使得你举起右手时,在镜子里的“你”也举起了右手。请用一个点表示人所在的位置,利用对称法画出成像光路示意图。,摘自:一十七届初中物理竞赛(大同杯),光的折射,折射现象及其规律光从一种物质进入另一种物质,它的传播方向通常会改变,这种现象叫做光的折射。,折射现象及
10、其规律 折射定律 nsini=nsini 其中,i: 入射角, i: 折射角,光从空气斜射入水或玻璃等透明物质,折射角小于入射角;光从水或玻璃等透明物质斜射入空气,折射角大于入射角。,i,i,n,n,n大于n,n大于n,空气,水,折射现象及其规律,光从水或玻璃等透明物质斜射入空气,根据折射定律 nsini=nsini,此时折射角大于入射角。当折射角为90时,(入射角为c 90)光线发生了全反射。,全反射,固体折射率的测定,用插针法测定玻璃砖的折射率,用插针法测定玻璃砖的折射率,P1,P2,用插针法测定玻璃砖的折射率,用量角器分别测出i和i,并依照折射定律计算玻璃砖的折射率。,P2,i,i,P1
11、,P2,Q1,Q2,A,C,B,用插针法测定玻璃砖的折射率,O,i,i,P1,P2,Q1,Q2,O,X,X距离为:1. dsin(i-i)/cosi 2. sini/cosi3. dsin(i-i)/sini 4. sini/sini,摘自:二十一届初中物理竞赛(大同杯) 07.3,答案:A,用激光测定玻璃砖的折射率,用激光测定玻璃砖的折射率,O,P2,i,i,用针尖定出入射点与出射点在纸上的投影位置,用量角器分别测出i和i,并依照折射定律计算玻璃砖的折射率,O,D,用激光测定玻璃砖的折射率,P1,P2,摘自:2006年上海市青少年物理实验竞赛试题,1.在纸上正确地画出玻璃砖的两个界面aa和b
12、b后,不慎将玻璃砖向aa方向移动了少许,折射率值是否发生改变?,用插针法测定玻璃砖的折射率-几个思考题,a,a,b,b,a,a,b,b,2.在纸上将两个界面aa和bb画得比玻璃砖宽了少许,折射率值是否发生改变?,测得的折射角比真实的要大,由n=sini/sini,测得的折射率偏小,用插针法测定玻璃砖的折射率-几个思考题,三棱镜,玻璃圆柱体,光在不均匀媒质中的传播-海市蜃楼,光从折射率高的媒质中斜射入折射率低的媒质中,折射角大于入射角。,n1 n2 n3 n4,海市蜃楼形成的图解 (海边海市蜃楼的形成),光在不均匀媒质中的传播-海市蜃楼,(沙漠海市蜃楼的形成),透镜成像和透镜焦距的测定,两个侧面
13、都磨成球面(或者一面是球面,另一面是平面)的透明体叫做透镜.,凸透镜,凹透镜,透镜成像和透镜焦距的测定,凸透镜的成像特点: 利用作图法求透镜成像位置,F,F,u,v,凸透镜的成像特点: 利用作图法求透镜成像位置,u,v,虚像,凸透镜的成像特点: 利用作图法求透镜成像位置,利用公式求透镜成像位置,u=6 物距 v=3 像距 f=2 透镜焦距,利用公式求透镜成像位置,u,v,f 正负值的确定: u: 物距,对于实物体总是取正值。实物体是指镜前所放的物体或透镜镜前由其他透镜所成的一个实像。 v: 像距,实像是正值,虚像是负值。 f: 透镜焦距,凸透镜是正值,凹透镜是负值。,镜前所放的物体,F,F,u
14、=6,v=?,f=2,利用公式求透镜成像位置,F,F,u=3,v=?,f=2,利用公式求透镜成像位置,u=1.2,v,所以,虚像是负值。,f,利用公式求透镜成像位置,凸透镜的成像公式:,凹透镜的成像特点:,F,F,凹透镜的成像特点:,自准直法测凸透镜焦距,位于凸透镜焦平面上物体发出的光,经透镜折射后成为平行光,若用一面反射镜将这平行光反射回去,再经过原透镜,则必然成像于原焦平面上,透镜与物之间的距离即为透镜的焦距。,自准直法测凸透镜焦距,位于凸透镜焦平面上物体发出的光,经透镜折射后成为平行光,若用一面反射镜将这平行光反射回去,再经过原透镜,则必然成像于原焦平面上,透镜与物之间的距离即为透镜的焦
15、距。,位于凸透镜焦平面上物体发出的光线,经过透镜折射后,再用一面反射镜将这光线反射回去,再经过原透镜,则必然成像于原焦平面上,用作图法可求得该像。,F,副光轴作图法,自准直法测凸透镜焦距,答案: D,摘自:二十一届初中物理竞赛(大同杯) 07.3,14. 在光具座上自左向右依次竖直放置一个凹透镜、凸透镜和平面镜,两个透镜的主光轴重合,凸透镜的焦距为f,此时两个透镜之间的距离为L。在凹透镜的左侧有一水平平行光束通过两个透镜后入射到平面镜上,经平面镜反射后,反射光恰能沿原来的光路返回,据此可判断凹透镜的焦距为 (A). F (B). L (C). f+L (D).f-L,物距-像距法测量透镜焦距,
16、由透镜两次成像法求凸透镜焦距,(L4f),由透镜两次成像法求凸透镜焦距,L,1/6+1/3=1/2 1/3+1/6=1/2,由辅助透镜成像法求凹透镜焦距,A,C,C,由辅助透镜成像法求凹透镜焦距,光学实验的几个技巧问题: 光源:通常用平面图形(例如网格)做物,还需要用小灯照明,由于小灯发光的线度甚小,应在小灯和物之间加一块毛玻璃,毛玻璃起漫反射作用,使物得到均匀照明。 像屏:实像是光束的会聚中心,眼睛可以看到实像,但光束直径较小,眼睛直接观察不容易,可利用毛玻璃的漫反射,在各个角度都能看到屏上的像。 各光学元件共轴的调节: 粗调:将各个元件的中心大致在一条直线上,通常与光具座平行。 细调:根据成像位置来调节,在移动透镜的过程中,像的中心位置保持不变,光学实验的几个技巧问题: 各光学元件共轴的调节: 粗调: 将各个元件的中心大致在一条直线上,通常与光具座平行。 细调: 根据成像位置来调节,在移动透镜的过程中,像的中心位置保持不变.,谢谢同学们 祝大家学习进步,